基于信息熵的电力通信网脆弱性评价方法焦德军
发表时间：2019-07-08T13:02:54.073Z 来源：《电力设备》2019年第5期作者：焦德军[导读] 摘要：随着我国经济的飞速发展，对电力的需求量逐年猛增，电网规模不断扩大，其管理与维护工作日趋复杂，因此电力系统越来越需要信息通信等系统来实现电网的智能化运行。
（国网内蒙古东部电力有限公司宁城县供电分公司内蒙古赤峰市 024200）摘要：随着我国经济的飞速发展，对电力的需求量逐年猛增，电网规模不断扩大，其管理与维护工作日趋复杂，因此电力系统越来越需要信息通信等系统来实现电网的智能化运行。电力通信网作为智能电网的运行基础，其可靠的运行对于我国电网的正常工作至关重要。基于信息熵的电力通信网脆弱性进行综合评价，进而对电力通信网脆弱性仿真分析，从而可以提高给予信息熵的电力通信网脆弱性评价的
真实有效性，希望可以为相关技术人员提供技术帮助，以便促进电力通信网的有效发展。
关键词：电力通信网；网络脆弱性；信息熵网络脆弱性作为网络可靠性的一种有效测度，通过网络在遭受攻击时性能的下降程度，反映了网络在拓扑、流量分布、路由等方面的合理性。已有的用来评价网络脆弱性的指标。传统的网络脆弱性分析大多基于物理层拓扑或传输层流量，很少考虑网络中传输业务的类别和特征。电力通信网中传输的是对电力生产和运行影响程度不一的电力业务，仅从物理层和传输层去分析电力通信网的脆弱性不能准确反映出电力通信网网络单元失效后对电网造成的损失，因此，有必要将网络的业务层考虑进来，对电力通信网脆弱性进行跨层的综合性评价。
一、电力通信网脆弱性综合评价
对电力通信网脆弱性的综合评价主要体现在系统风险、病毒软件等，当电力通信网受到风险、攻击等导致出现故障后，电力通信网的整体功能出现故障，从而影响电力通信网的正常运行。电力通信网在运行的过程中具有极大的不稳定性以及不可预测性，当电力通信网所涵盖的设备受到来自电力通信网系统风险以及病毒软件扰动时，就会导致设备出现故障，最终导致电力通信网无法正常运行，威胁着整个电力通信网的安全。电力通信网的内部定义网络模型为三元组分别是G、R、W，其中G=（V，E）属于拓扑结构，V 代表顶点集，E 代表无向边集；R 属于网络的路由系统；W 属于业务在电力通信网中的全部源宿节点。在这类的网络模型中，全部节点都处于安全范围之内，所以在考虑电力通信网脆弱性的同时只需要考虑处在较外边的脆弱性对网络的影响。将网络较外围的边集与路径集之间的关系以矩阵的形式来表示D=[dnm]N×M 来表示，矩阵的行向量对应着电力通信网的边集，当n 条边在m 源宿节点相对的同时，dnm=1，反之则等于0。Wm 代表M 源宿节点之间的全部业务重要度总和，D作为矩阵的重要列向量，其在业务层面上也可以用EBI 来表示。
二、电力通信网脆弱性仿真分析
根据电力通信网的特征，对评价脆弱性的多种参数，包括最短路径、聚类系数、度数、度分布以及介数等内容，全面的对电力通信网脆弱性进行分析。平均距离、聚类系数、节点度数分布以及节点介数分布都是衡量电力通信网脆弱性的重要指标。在通信网络当中。对连接任一两个节点间的距离就被称为最短路径，而所有节点间距离的平均值即为平均距离。平均距离的长度对网络节点间信息传播有着重要的影响。网络节点的聚集程度则是由聚类系数来决定，准确的描述网络内小集团化。度数分布是影响网络中信息传播的主要影响因素，节点度数的累积概率决定着网络内信息传播的性能。在网络当中，所有最短路径一定经过某一节点，经过该节点的次数被称为节点介数分布。通过这部分参数的有效分析，对电力通信网结构特性有了更加清楚的了解。通过效能函数计算衡量网络特性的指标并不能完全描述电力通信网的特性。根据电力通信网脆弱性分析的需要，需要对效能函数计算进行相应的改变。充分考虑业务连通性，而更加全面准确的进行电力通信网脆弱性分析。
网络的仿真配置主要包括：拓扑结构G=（V，E），拓扑结构内包含了14 个节点与16 条电力连接线路，拓扑结构主要是通过1 号节点为中调，13 号节点为地调，14 号节点为220kv 变电站，其他的节点都属于500kv 变电站，在拓扑结构内的2 号节点、5 号节点以及7 号节点之间可以融合成一个汇聚节点，连接线路则为各个节点之间的实际距离；通过有效的计算可以得知，电力通信网中的业务重要性之间的差距较大，电力通信网的损失之外是通过业务重要度进行计算，通过详细的计算之后可以得出，该网的ECE 值约为0.6951，这时网络在受到系统攻击后的事故出现性就会大大增加，在电力通信网受到严重的攻击时就会导致其内部的ECI 值分布不均匀，其最大值约为3210.40，最小值约为1，其之间相差约3210 倍，根据实际的统计可以得知，在电力通信网受到攻击时主要遭受攻击的就是最外部的两条边集，这样就会导致电力通信网的业务出现损失，最终导致电力通信网的经济效益受到影响。与此同时，通过对电力通信网脆弱性综合评价以及电力通信网脆弱性仿真分析进行研究。通过对电力通信网脆弱性综合评价以及电力通信网脆弱性仿真分析进行研究，可以将边跨层信息熵（ECE）运用到ECI 当中以便可以确保ECI 的值越大其在电力通信网中的分布性就越发的均衡，同时也可以将电力通信网的脆弱性降到最低。
三、电力通信网脆弱性的评价方法
电力通信网的脆弱性越高，电网运行就越难保证其安全性和可靠性，因此对电力通信网的脆弱性进行及时和准确的评价就显得尤为重要。
（1）业务重要度评价方法。这类评价方式主要是基于电力业务不同需求来进行评价的，比如体育赛事直播注重实效性，评价时影响电力通信网的时延的因素是重点的评价参考；再比如工业用电注重稳定性，评价时影响电力通信网的安全性的因素是重点的评价参考。具体评价时一般采用归一化函数和区间映射函数对重要值矩阵进行计算，最终算出业务重要度，从而及时对风险预警，降低电力通信网的脆弱性。
（2）状态脆弱性评价方法。这种评价方法主要是通过对电网受到干扰或产生故障后电网状态变量发生偏移的大小来衡量电网系统的抗干扰能力，简单来说，电网的抗干扰能力越强则其脆弱性越低。具体评价时需要通过仿真软件对电力通信网在过负荷和低电压负荷等常见电力故障下，其节点电压、频率和功角等电网参数的变化，通过仿真软件进行模糊推理，计算出电压风险指标变化率，最终得到电力通信网的归一化电压脆弱度。
（3）结构脆弱性评价方法。这种评价方法通过仿真软件模拟电力通信网中单一或多个运行单元停止运行，对电力通信网的网络拓扑结构的完整性和正常工作能力进行评估，从而得到电力通信网的脆弱性指标。具体评价时通过仿真软件对电网系统在产生故障后的聚类系数、、节点度数、平均度数等电网基本特征参数进行测量，然后进行拓扑建模，得到电网系统的网络负荷损失经济型后评估指标，最终得到电力通信网的结构脆弱度。
